碳素纤维体、复合材料、导电性树脂及长度调整方法技术

本发明专利技术所涉及的碳素纤维体是一个～数百个呈无底杯形的碳素六边网层层叠的碳素纤维体，碳素六边网层的边缘从内外表面的至少一部分中露出。该碳素纤维体其露出的碳素六边网层的边缘的活性度高，与树脂等复合原料之间的密接性优异，可成为复合材料的很好的原料。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及碳素纤维体、使用该碳素纤维体的复合材料、导电性树脂、以及碳素纤维体的长度调整方法。
技术介绍
以气相生长法制造的碳素纤维已经公知。该碳素纤维是，使诸如苯或甲烷等碳氢化合物在700℃～1000℃程度的温度下热分解而得到的碳以超微粒的铁或镍等催化剂粒子为核而生成的短纤维。作为碳素纤维，有碳素六边网层呈同心状生长的，有碳素六边网层与轴线相垂直地生长的，而通过改变催化剂、温度范围、流量等气相生长条件，还能够制造出具有碳素六边网层相对于纤维轴以一定角度倾斜地层叠的鱼骨(herring-bone)结构的。但是，这种碳素纤维虽然多将其混入树脂等中而作为复合材料使用，但与树脂的密接性并不是很好。可以认为，碳素六边网层(AB面)直接从内外表面露出而表面活性度低是其一个原因。此外，由于气相生长法本身的局限性，在以气相生长法制造的碳素纤维的表面上会形成未充分结晶的、呈非晶形形状的过剩碳素堆积成的薄堆积层。该堆积层的活性度也较低，可导致与树脂的密接性差。
技术实现思路
本专利技术是为解决上述问题而提出的，其目的是，提供边缘及表面的活性度高且与树脂等的密接性良好的碳素纤维体、使用该碳素纤维体的各种复合材料、以及碳素纤维体的长度调整方法。P2为解决上述问题，本专利技术所涉及的碳素纤维体具有切头圆锥筒形碳素网层的同轴层叠结构(coaxial stacking morphlogy of truncatedconical tublar graphene layers)，所说切头圆锥筒形碳素网层的同轴层叠结构，包含有一个～数百个相层叠的碳素六边网层(hexagonalcarbon layer)。换言之，该碳素纤维体具有一个～数百个呈无底杯形的碳素六边网层层叠的、杯状层叠(cup stacked)或者灯伞状层叠(lampshadestacked)结构。该切头圆锥筒形碳素网层的同轴层叠结构可形成无节的中空核(a hollow core with no bridge)。根据这样的结构，各个切头圆锥筒形碳素网层呈这样的结构，即，在轴向的两端具有大直径环端和小直径环端，从外表面侧的大直径环端及内表面侧的小直径环端露出碳素六边网层的边缘。换句话说，呈鱼骨结构的倾斜的碳素六边网层的边缘呈层状露出。在这里，若该切头圆锥筒形碳素网层的同轴层叠结构以气相生长，则其外表面或者内表面的很大范围将被过剩的热分解碳(pyrolyticcarbon)的堆积膜所覆盖。此时也同样，从外表面侧的大直径环端的至少一部分、或者内表面侧的小直径环端的至少一部分处露出碳素六边网层的边缘。从碳素纤维体的外表面或内表面露出的碳素六边网层的边缘活性度极高，与各种材料的亲和性良好，与树脂等复合原料的密接性优良。因此，能够获得具有优异的拉伸强度、压缩强度的复合材料。此外，由于呈无底杯形、即切头圆锥筒形的碳素六边网层一个～数百个层叠而分子量小，因此，通过对露出的边缘以适当的官能团进行化学修饰，可使其能够溶解于各种溶剂中。作为本专利技术的一个形态，对于在作为碳素纤维体的基础的碳素纤维的气相生长过程中形成于其外表面或内表面的堆积膜，也可以通过之后的处理将其一部分或全部去除。这是由于，该堆积膜是未充分结晶的、呈非晶形形状的过剩碳堆积而成，该堆积层的表面不具有活性的缘故。作为本专利技术的一个形态所涉及的碳素纤维体，可通过各个大直径环端在轴向上的层叠而形成碳素纤维体的外表面。此时，只要从其外表面的2％以上、最好是7％以上的区域露出碳素六边网层的边缘即可。此外，在碳素纤维体的外表面上各个大直径环端的位置不是对齐的，该外表面呈现出原子大小水平的微小的凹凸。同样地，通过使各个小直径环端在轴向上层叠而形成碳素纤维体的内表面，各个小直径环端在该内表面上的位置不是对齐的，呈现出原子大小水平的微小的凹凸。这些形状在形成中空状的同时可对树脂等复合原料起到固定的效果，可使得与复合原料的密接性更加优异，提供强度方面极为优异的复合材料。此外，由于是由一个～数百个无底杯形碳素六边网层层叠的微小颗粒，因此，在树脂和金属中的分散性好，能够提供强度优异的各种复合材料和发色性好的油墨。此外，本专利技术的一个形态所涉及的碳素纤维体具有这样的特性，即，即使以2500℃以上的高温进行热处理，也至少能够使露出碳素六边网层的边缘的部位(或者堆积层被除去的部位)不会石墨化。众所周知，通常，若碳素纤维在2500℃以上高温下进行热处理，便会石墨化。但是，现已判明，对于露出碳素六边网层的边缘的碳素纤维体，即使加热到2500℃以上，至少露出碳素六边网层的边缘的部位不会石墨化。即使以2500℃以上的高温进行热处理也不会石墨化这一点，从喇曼频谱的D峰值(1360cm-1)未消失可得到证明。此外，如上所述，露出的碳素六边网层的边缘其活性度高，因此，能够载持各种催化金属。此外，本专利技术的又一个形态所涉及的复合材料是将所说碳素纤维体混合在树脂材料(包括树脂薄膜)或金属材料等复合原料中而制成的。本专利技术的又一个形态所涉及的碳素纤维体长度的调整方法具有准备具有切头圆锥筒形碳素网层的同轴层叠结构的、所说切头圆锥筒形碳素网层各个含有碳素六边网层的碳素纤维的工序，以及对所说碳素纤维进行研磨而使其从所说碳素六边网层层间分离从而调整为一个～数百个所说碳素六边网层层叠的长度的碳素纤维体的工序。碳素纤维的研磨可通过球磨法进行。附图说明图1是以气相生长法制造的鱼骨结构的碳素纤维的穿透型电子显微镜照片的复印图。图2是图1的放大照片的复印图。图3是图2的示意图。图4是在大约530℃温度下，在大气中热处理1小时后的鱼骨结构的碳素纤维的穿透型电子显微镜照片的复印图。图5是图4的放大照片的复印图。图6是将图5进一步放大后的照片的复印图。图7是图6的示意图。图8是对将鱼骨结构的碳素纤维(样品NO.24PS)，在大气中，分别以500℃、520℃、530℃、540℃热处理1小时后的碳素纤维的喇曼频谱加以展示的特性图。图9是对经上述热处理而露出碳素六边网层的边缘的样品NO.19PS、样品NO.24PS的碳素纤维的喇曼频谱加以展示的特性图。图10是对上述露出碳素六边网层的边缘的样品NO.19PS、样品NO.24PS的碳素纤维进行3000℃的热处理后的碳素纤维的喇曼频谱加以展示的特性图。图11是以球磨法进行研磨时，经过一定时间后碳素纤维长度的分布图。图12A是球磨开始前的碳素纤维的电子显微镜照片的复印图，图12B是其放大照片的复印图。图13A是球磨开始2小时后的碳素纤维的电子显微镜照片的复印图，图13B是其放大照片的复印图。图14A是球磨开始5小时后的碳素纤维的电子显微镜照片的复印图，图14B是其放大照片的复印图。图15A是球磨开始10小时后的碳素纤维的电子显微镜照片的复印图，图15B是其放大照片的复印图。图16A是球磨开始24小时后的碳素纤维的电子显微镜照片的复印图，图16B是其放大照片的复印图。图17是对球磨过程中，杯形碳素六边网层已开始分离的状态加以展示的穿透型电子显微镜照片的复印图。图18是图17的放大照片的复印图。图19是将图18进一步放大后的照片的复印图。图20是对分离为数十个无底杯形的碳素六边网层层叠的碳素纤维体的状态加以展示的穿透型电子显微镜照片的复印图。图21是对复合材料的拉伸强度(横本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳素纤维体，其特征是，具有切头圆锥筒形碳素网层的同轴层叠结构，所说切头圆锥筒形碳素网层的同轴层叠结构包含有一个～数百个相层叠的碳素六边网层，所说切头圆锥筒形碳素网层各个在轴向的两端具有大直径环端和小直径环端，从所说大直径环端的至少一部分，露出所说碳素六边网层的边缘。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：柳泽隆，远藤守信，
申请(专利权)人：株式会社科立思，远藤守信，
类型：发明
国别省市：JP[日本]